Ein deutsch-österreichisches Forscherteam hat eine neuartige Methode entdeckt, um elektrischen Strom mit Hilfe konjugierter Polymere in Licht zu verwandeln. Leuchtdioden aus Kunststoff, die Strom in Licht verwandeln können, werden schon seit über einem Jahrzehnt intensiv erforscht. Dabei hat sich herausgestellt, dass über die Hälfte der elektrisch generierten Anregungen in dunklen Zuständen verschwinden, die kein Licht ausstrahlen können und statt dessen Wärme generieren. Dies führt im allgemeinen zu einer Reduktion der Lebensdauer solcher Bauelemente sowie zu einer Beschränkung des Wirkungsgrades. Die Wissenschaftler um John Lupton haben nun entdeckt, dass eine kleine Zahl chemisch gebundener Metallatome ausreicht, diese dunklen Zustände zum Strahlen zu bringen. Das berichten sie im Fachblatt “Physical Review Letters” (Ausgabe vom 14. Oktober).
Die überraschende Entdeckung ist nicht nur technologisch hoch relevant, sondern zeigt auch die große Wirkung auf, die kleinste Verunreinigungen in organischen optoelektronischen Systemen bewirken können.
Im allgemeinen unterscheidet man zwischen zwei grundlegenden Emissionsprozessen: der Fluoreszenz und der Phosphoreszenz. Die Phosphoreszenz spielt im Alltag eine wichtige Rolle, wie etwa bei Bildschirmröhren. Sie unterscheidet von der Fluoreszenz sich im wesentlichen durch eine um Größenordnungen längere Lebensdauer des angeregten Zustandes. Die meisten Materialien, insbesondere organische Verbindungen wie Farbstoffmoleküle und konjugierte Polymere, weisen jedoch überwiegend Fluoreszenz und keine Phosphoreszenz auf. Nun ist das Problem, dass in organischen Leuchtdioden bis zu 75 Prozent der Anregungen im allgemeinen nicht-strahlend, also durch die Erzeugung von Wärme, zerfallen.
Jetzt hat das Forscherteam herausgefunden, dass eine verschwindend kleine chemische Verunreinigung eines Polymers mit Metallatomen ausreicht, um effiziente Phosphoreszenz unter elektrischer Anregung zu ermöglichen. Durch einen speziellen Syntheseweg gelingt es, die auf Kohlenstoff und Wasserstoff basierende Struktur mit einer Konzentration von rund 80 millionstel Palladiumatomen zu versehen. Da die Stärke der Phosphoreszenz mit der Größe der Atome zusammenhängt, erlaubt ein mit Palladium komplexiertes Kohlenwasserstoffmolekül eine um viele Größenordnungen stärkere Phosphoreszenz als ein reines Kohlenwasserstoffmolekül.
Neben den technologischen Aspekten zeigt die Studie auch in sehr eindrucksvoller Weise den Einfluss, den selbst allerkleinste chemische Verunreinigungen auf die Wirkungsweise organischer Halbleiter haben können, da typischerweise die in der Studie relevanten Konzentrationen von Verunreinigungen von rund 0,008 % mit konventionellen Verfahren in der organischen Synthese sehr schwer zu detektieren sind.
idw
